ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡在遠程環(huán)境監(jiān)測中的應用設計

3 軟件程序設計
3．1 無線傳感器網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)幀
傳感器節(jié)點、中心控制節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸必須遵循一定的數(shù)據(jù)格式，才能保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性和有效性。一種有效的數(shù)據(jù)幀格式對于通信網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的準確傳輸能起到事半功倍的效果。數(shù)據(jù)幀的定義應該滿足兩個條件：一是要具有很好的擴展性，以方便系統(tǒng)擴展其他服務；二是要盡量簡潔，以減少通信網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流量，使數(shù)據(jù)通信更通暢。
當傳感器節(jié)點向中心控制節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須讓中心控制節(jié)點知道自己上傳數(shù)據(jù)的類型以及自己的設備特征，這樣，當出現(xiàn)異常時，監(jiān)測網(wǎng)絡就可以報告出現(xiàn)異常的區(qū)域以及異常的特征?？紤]到這個需求，在網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就必須按照網(wǎng)絡約定的格式進行存儲。圖4所示是無線傳感器網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)幀的格式定義。

其中OXAAH為幀頭，是一個數(shù)據(jù)幀開始的標志；
0XBBH為幀尾，是一個數(shù)據(jù)幀結束的標志；
校驗和用于表示通過校驗位來檢驗數(shù)據(jù)幀在傳輸過程中是不是發(fā)生了數(shù)據(jù)位的改變，通常從幀類型到數(shù)據(jù)域尾進行加和校驗；
通過幀類型域可以判斷此數(shù)據(jù)幀所攜帶的是哪一種數(shù)據(jù)。為了滿足系統(tǒng)需求，一般可設置周期采集數(shù)據(jù)和中斷數(shù)據(jù)兩種數(shù)據(jù)類型。其中
“0X01H”表示中斷數(shù)據(jù)， “0X02H”表示周期采集數(shù)據(jù)。
利用設備標識，在無線傳感器網(wǎng)絡中，傳感器節(jié)點在此域中寫入自己的短地址的低字節(jié)作為自己的標志，上級網(wǎng)絡根據(jù)這個標志就可以知道是哪個設備的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)域是數(shù)據(jù)幀的主要部分。在無線傳感器網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)域包括系統(tǒng)定義的幾種參數(shù)測量值(3字節(jié)ASII碼)。在系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)幀格式中，各個參數(shù)的位置是固定不變的，順序依次為溫度值、濕度值、節(jié)點電池電壓值，因此，數(shù)據(jù)域的長度為固定的9字節(jié)。存放測量值的數(shù)據(jù)域每次都在傳感器點采集數(shù)據(jù)前都將民初始化為全0，這樣，如果某個參數(shù)沒有傳遞過來自己的測量值，上級設備就可以根據(jù)某段數(shù)據(jù)是否為全0來判斷數(shù)據(jù)是否成功采集。
3．2 中心控制節(jié)點程序設計
中心控制節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡與監(jiān)控中心交互的關鍵部分。它作為無線傳感器網(wǎng)絡的協(xié)調器，可建立一個新的ZigBee無線通信網(wǎng)絡，以負責網(wǎng)絡標識符的選取，并允許加入網(wǎng)絡，實施節(jié)點綁定；接收傳感器節(jié)點的環(huán)境數(shù)據(jù)，并進行預處理；同時，還通過RS232串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)分析和處理。因此，中心控制節(jié)點應該一直處于活躍的工作狀態(tài)，時刻監(jiān)聽無線數(shù)據(jù)和串口數(shù)據(jù)，其中心控制節(jié)點的設計流程如圖5所示。

中心控制節(jié)點在無線傳感器網(wǎng)絡中充當著協(xié)調器的角色，它應該具有建立一個新的網(wǎng)絡并允許其他節(jié)點加入的能力；同時，中心控制節(jié)點還要實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡和監(jiān)控中心計算機的數(shù)據(jù)通信功能。中心控制節(jié)點工作時，首先用電源開關S1啟動監(jiān)測站網(wǎng)關，以開始建立一個新的網(wǎng)絡過程，并進行串口初始化。監(jiān)測站網(wǎng)關的應用程序應通過應用層接口與協(xié)議棧連接，從而建立網(wǎng)絡、允許加入網(wǎng)絡和綁定等，而且這些工作應在協(xié)議棧內(nèi)自動完成。